Dans le cadre d'une avancée significative pour les semi-conducteurs de nouvelle génération, une équipe de recherche collaborative a fait des découvertes révolutionnaires dans le domaine des semi-conducteurs bidimensionnels (2D).
Leurs découvertes, publiées dans Nano Letters , mettent en lumière la génération et le contrôle des trions, fournissant des informations précieuses sur les propriétés optiques de ces matériaux.
Les semi-conducteurs 2D, connus pour leurs caractéristiques de lumière exceptionnelles par unité de volume et leur grande flexibilité en raison de l'épaisseur de leur couche atomique, recèlent un immense potentiel pour des applications dans des domaines tels que les dispositifs flexibles avancés, la nanophotonique et les cellules solaires.
L'équipe de recherche s'est concentrée sur l'exploitation des propriétés optiques des semi-conducteurs 2D, en particulier les processus de génération et de recombinaison de paires électron-trou, pour développer des dispositifs électroluminescents et des applications optiques.
Pour contrôler activement l’interaction des excitons et des trions et analyser les propriétés lumineuses en temps réel, l’équipe a développé son propre système de spectroscopie résonante amélioré par sonde, basé sur des nanofils d’or. En combinant une seule couche de MoSe2 , un semi-conducteur 2D, avec des nanofils d'or et un système de spectroscopie de résonance amélioré par sonde, les chercheurs ont créé une structure composite et une puissante plateforme d'analyse. Grâce à cela, ils ont réussi à identifier le principe de génération de trions, qui n'était pas connu auparavant.
Les chercheurs ont découvert que le mode multipolaire de charge électrique joue un rôle important dans la conversion des excitons en trions dans les semi-conducteurs 2D. Grâce au système de spectroscopie de résonance amélioré par la sonde, ils ont réalisé une analyse en temps réel des propriétés de la nano-lumière avec une résolution spatiale exceptionnelle d'environ 10 nm, dépassant la limite de diffraction de la lumière. Cela a permis d'identifier le principe derrière la génération de trions et de développer un contrôle actif réversible sur la conversion exciton-trion.
De plus, la sonde en or agissait comme une antenne, focalisant la lumière sur une zone de taille nanométrique et générant des thermocrons à haute énergie. Les électrons générés par ce processus ont ensuite été injectés dans le semi-conducteur 2D, améliorant encore le contrôle sur la génération de trions. Cette avancée a conduit à la proposition d'une nouvelle « plate-forme de contrôle nano-actif », permettant un contrôle en temps réel et à ultra haute résolution de l'état de la matière, surpassant les équipements de mesure traditionnels.
Mingu Kang, le premier auteur de l'étude, a déclaré :« Non seulement nous avons réussi à contrôler les excitons et les trions, mais nous avons également identifié les principes sous-jacents régissant leur interaction avec les plasmons et les thermotrons. » Il a ajouté :"Nous pensons que nos recherches représenteront une avancée significative pour les chercheurs dans les domaines utilisant les excitons et les trions, tels que les cellules solaires et les circuits intégrés photoélectriques."
L'équipe de recherche était dirigée par le professeur Kyoung-Duck Park et Mingu Kang du département de physique de POSTECH, le professeur Yong Doug Suh du département de chimie de l'UNIST, qui occupe simultanément le poste de directeur associé au Centre IBS pour les matériaux carbonés multidimensionnels. (CMCM) et le professeur Hyun Seok Lee du département de physique de l'université nationale de Chungbuk.
Plus d'informations : Mingu Kang et al, Manipulation à l'échelle nanométrique de l'interconversion exciton-trion dans une monocouche de MoSe2 via la spectroscopie de cavité améliorée par pointe, Nano Letters (2023). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c03920
Fourni par l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan
